Исследователи из Медицинского колледжа Бэйлора раскрыли процессы, которые придают астроцитам, наиболее распространенным глиальным клеткам мозга, их особую густую форму, которая имеет основополагающее значение для функционирования мозга. Они сообщают в журнале Nature , что активность нейронов необходима и достаточна для того, чтобы астроциты приобрели свою сложную форму, и прерывание этого процесса развития приводит к нарушению функции мозга.

«Астроциты играют различные роли, которые жизненно важны для правильной работы мозга », — сказал первый автор И-Тинг Ченг, аспирант лаборатории доктора Бенджамина Денина в Бэйлоре. «Например, они поддерживают активность других важных клеток мозга, нейронов, участвуют в формировании и функционировании синапсов или связей между нейронами, высвобождают нейротрансмиттеры, химические вещества, которые опосредуют нейронную коммуникацию, и создают гематоэнцефалический барьер . »

Во взрослом мозге густая форма астроцитов коренным образом связана с эффективной работой мозга. Концы разветвленной структуры астроцитов взаимодействуют с нейронами и регулируют синаптическую активность.

«Если астроциты теряют свою структуру, то синапсы не работают должным образом, и функция мозга нарушается», — сказал Денин, профессор и доктор Рассел Дж. и Мариан К. Блаттнер, заведующий кафедрой нейрохирургии и директор Центра нейробиологии рака в Бэйлор. Он также является автором-корреспондентом работы.

«Выяснение того, как астроциты приобретают свою сложную кустистую структуру, важно для понимания того, как развивается и функционирует мозг, и может дать новое представление о том, как возникают условия развития нервной системы. В этом исследовании мы исследовали клетки и процессы, которые управляют развитием структуры астроцитов. »

Нейроны лидируют
Когда астроциты развиваются, нейроны уже присутствуют и активны, поэтому влияют ли нейроны на то, как астроциты приобретают свою сложную форму?

«Мы искусственно активировали или заглушали нейроны и определяли, ускорит ли это созревание астроцитов или замедлит его», — сказал Ченг. «Мы обнаружили, что активность нейронов необходима и достаточна для полного созревания астроцитов в кустовидную клетку».

Так как же астроциты получают сигналы, направляющие их на правильный путь созревания? С помощью нескольких экспериментальных подходов команда обнаружила, что нейроны производят нейротрансмиттер, называемый ГАМК, который связывается с астроцитами через молекулу на их поверхности, называемую рецептором ГАМК В.

«Мы отключили рецептор ГАМК В в астроцитах и ​​активировали нейроны. В этой ситуации нейроны не способствовали развитию типичной формы астроцитов, что подтверждает идею о том, что нейроны взаимодействуют с астроцитами через рецептор ГАМК В, чтобы способствовать их созреванию . »

«Эта находка была неожиданной и очень интересной», — сказал Денин. «Известно, что нейротрансмиттеры, такие как ГАМК, передают сигналы между нейронами в синапсах, но мы обнаружили, что нейротрансмиттеры также передают сигналы астроцитам, влияя на их развитие, вызывая изменения в их структуре».

Другие эксперименты выявили больше кусочков головоломки о том, как нейроны приводят астроциты к развитию их кустистой формы. «Нейроны производят ГАМК, которая связывается с астроцитами через рецептор ГАМК B. Это, в свою очередь, активирует ряд событий, в том числе запуск экспрессии другого рецептора, называемого Ednrb, который управляет путями, ремоделирующими клеточную архитектуру внутри клеток, связанную с формой клеток. — сказал Ченг.

Исследователи также раскрыли еще одну загадку, связанную с развитием астроцитов. Они обнаружили, что регуляция экспрессии рецептора ГАМК В в астроцитах не происходит одинаково в разных областях мозга. «Этот результат был совершенно неожиданным», — сказал Денин. «Рецептор ГАМК В необходим для того, чтобы астроциты приобрели кустистую форму во всех областях мозга. Как он по-разному регулируется в разных областях мозга?»

С помощью биоинформатического анализа исследователи обнаружили, что эта региональная регуляция обеспечивается двумя белками, LHX2 в коре головного мозга и NPAS3 в обонятельной луковице, посредством их специфических для региона взаимодействий с белками SOX9 и NFIA, которые присутствуют во всех астроцитах, где они регулируют ГАМК B. экспрессию рецептора. В коре LHX2 связывается только с NFIA, в то время как в обонятельной луковице NPS3 связывается только с SOX9, что позволяет каждому из них регулировать экспрессию рецептора ГАМК B в определенной области мозга .

В целом, результаты показывают, что развитие и функция астроцитов включают в себя сложную схему событий и белков, запускаемых активностью нейронов и действующих в определенной области.